Key problems and novel strategy of autonomous preparation for electronic-grade ultrapure water in China

Industrial Water Treatment ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (6): 1-6.

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Key problems and novel strategy of autonomous preparation for electronic-grade ultrapure water in China

Hanying CAI¹(), Wenlong WANG²(), Qianyuan WU², Jianglei XIONG³, Yinhu WU⁴, Nan HUANG⁴, Qi WANG⁴, Hongying HU¹^,⁴

^1. Shenzhen Environmental Science and New Energy Technology Engineering Laboratory，Tsinghua-Berkeley Shenzhen Institute，Shenzhen 518055，China
^2. Guangdong Provincial Engineering Research Center for Urban Water Recycling and Environmental Safety，Key Laboratory of Microorganism Application and Risk Control of Shenzhen，Tsinghua Shenzhen International Graduate School，Tsinghua University，Shenzhen 518055，China
^3. China Electronics System Engineering No. 2 Construction Co. ，Ltd. ，Wuxi 214135，China
^4. Beijing Laboratory for Environmental Frontier Technologies，State Key Joint Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control，School of Environment，Tsinghua University，Beijing 100084，China

Received:2023-04-14 Online:2023-06-20 Published:2023-06-25

中国电子级超纯水自主化制备关键难题与解决思路

蔡涵颖¹(), 王文龙²(), 吴乾元², 熊江磊³, 巫寅虎⁴, 黄南⁴, 王琦⁴, 胡洪营¹^,⁴

^1. 清华-伯克利深圳学院，深圳环境科学与新能源技术工程实验室，广东深圳 518055
^2. 清华大学深圳国际研究生院，国家环境保护环境微生物利用与安全控制重点实验室，广东省城市水循环与环境安全工程中心，广东深圳 518055
^3. 中国电子系统工程第二建设有限公司，江苏无锡 214135
^4. 清华大学环境学院，环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，环境前沿技术北京实验室，北京 100084

作者简介:
蔡涵颖（1998— ），在读硕士生。E-mail：chy20@mails.tsinghua.edu.cn
王文龙，博士，助理教授。E-mail：wwl20@sz.tsinghua.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金面上项目(52070110); 国家自然科学基金青年项目(52000115)

Abstract

Abstract:

Electronic-grade ultrapure water（UPW） is the basic production material for semiconductor manufacturing. It is in great demand and requires extremely high water quality〔resistivity>18.2 MΩ·cm，TOC<5 μg/L（carbon）〕. With the requirements of the independent development of China’s electronics industry，the demand for electronic-grade UPW will continue to increase，and the water quality requirements will become increasingly strict. However，the preparation of electronic-grade UPW in China faces three key problems. Firstly，the key materials，equipment and technical processes required for the preparation of electronic-grade UPW are monopolized by foreign manufacturers. Secondly，the water quality standard systems and analysis methods of electronic-grade UPW are completely backward. Thirdly，the diversification of supply water sources significantly increases the difficulty of production for electronic-grade UPW. To this end，it proposed to speed up the research，testing and application of domestic core material equipment and key technology processes，establish an advanced standard system for water quality indicators and leading detection methods and platforms，and develop new ultra-high standard technical equipment and processes to achieve three solution methods for diversified water production. It is hoped to support the independent preparation of electronic-grade UPW in China.

Key words: electronics manufacturing, ultrapure water, autonomous preparation, ultra-high standard treatment

摘要：

电子级超纯水（Ultrapure water，UPW）是电子行业的基础性生产资料，需求量大且对水质要求极高〔电阻率>18.2 MΩ·cm，TOC<5 μg/L（以C计）〕。随着中国电子行业自主化发展的要求，电子级超纯水需求量将持续增加，水质要求也将日趋严格。然而，中国在电子级超纯水制备领域面临3大关键难题：（1）关键材料设备与技术工艺被国外厂商垄断；（2）水质标准体系与检测能力全面落后；（3）电子级超纯水的多样化供水水源导致反渗透产水中电中性小分子有机物浓度升高且组分更复杂，加剧了电子级超纯水的制备难度。为此，提出应加快国产核心材料设备与关键技术工艺的研发、试验与应用工作，建立水质指标先进标准体系及领先检测方法和平台，开发新型超高标准技术设备与工艺，以实现多样化水源生产的3条解决思路，支撑中国电子级超纯水自主化制备。

关键词: 电子制造, 超纯水, 自主化制备, 超高标准处理

CLC Number:

X703
TU991.2

Hanying CAI, Wenlong WANG, Qianyuan WU, Jianglei XIONG, Yinhu WU, Nan HUANG, Qi WANG, Hongying HU. Key problems and novel strategy of autonomous preparation for electronic-grade ultrapure water in China[J]. Industrial Water Treatment, 2023, 43(6): 1-6.

蔡涵颖, 王文龙, 吴乾元, 熊江磊, 巫寅虎, 黄南, 王琦, 胡洪营. 中国电子级超纯水自主化制备关键难题与解决思路[J]. 工业水处理, 2023, 43(6): 1-6.

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URL: https://www.iwt.cn/EN/Y2023/V43/I6/1

Figures/Tables 4

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关键水质指标	主要影响
电阻率	综合指标，表征水的离子污染程度。美国Intel公司曾做过对照实验，由电阻率为16 MΩ·cm的纯水生产的45/40 nm制程产品成品率仅为50%^〔14〕。
TOC	活菌的营养源，可使栅氧化膜尤其是薄栅氧化膜的缺陷密度增大。
DO	水中残留的DO极易在硅片上生成氧化膜，进而影响硅上低温生长出的栅氧化膜的质量和性能。
微粒子	易造成图形缺陷，当构成元素有P、Na、K等时，其在热处理时内扩散将形成异常导电区，引起器件电器特性不良。
活菌	细菌残骸造成图形缺陷。
全硅	通常指可溶解性的硅酸根离子。可降低热生长的氧化物的可靠性，造成磷硅雾，引起阈值电压变化；等离子刻蚀时，二氧化硅也会形成颗粒污染而造成图形缺陷。
硼	硼元素是p型杂质，过量存在会使n型硅反型，对电子、空穴浓度有重要影响。
微量离子	特别是碱金属盐类，在扩散工序中可能参与扩散，从而破坏产品电性能。

关键水质指标	主要影响
电阻率	综合指标，表征水的离子污染程度。美国Intel公司曾做过对照实验，由电阻率为16 MΩ·cm的纯水生产的45/40 nm制程产品成品率仅为50%^〔14〕。
TOC	活菌的营养源，可使栅氧化膜尤其是薄栅氧化膜的缺陷密度增大。
DO	水中残留的DO极易在硅片上生成氧化膜，进而影响硅上低温生长出的栅氧化膜的质量和性能。
微粒子	易造成图形缺陷，当构成元素有P、Na、K等时，其在热处理时内扩散将形成异常导电区，引起器件电器特性不良。
活菌	细菌残骸造成图形缺陷。
全硅	通常指可溶解性的硅酸根离子。可降低热生长的氧化物的可靠性，造成磷硅雾，引起阈值电压变化；等离子刻蚀时，二氧化硅也会形成颗粒污染而造成图形缺陷。
硼	硼元素是p型杂质，过量存在会使n型硅反型，对电子、空穴浓度有重要影响。
微量离子	特别是碱金属盐类，在扩散工序中可能参与扩散，从而破坏产品电性能。

企业	类型	电子级超纯水平均用量/（万m³·d^-1）
三星（中国）半导体有限公司	12英寸集成电路制造	3.0
上海华力微电子有限公司	12英寸集成电路制造	0.96
华虹半导体（无锡）有限公司	12英寸集成电路制造	1.0
南昌诺思微系统有限公司	8英寸集成电路制造	1.3
京东方科技集团股份有限公司	10.5代TFT-LCD面板制造	4.1
武汉华星光电技术有限公司	8.5代TFT-LCD面板制造	3.8
京东方科技集团股份有限公司	AMOLED面板制造	3.4
中电熊猫晶体科技有限公司	8.5代TFT-LCD面板制造	4.0
滁州惠科光电科技有限公司	8.6代TFT-LCD 面板制造	5.4

企业	类型	电子级超纯水平均用量/（万m³·d^-1）
三星（中国）半导体有限公司	12英寸集成电路制造	3.0
上海华力微电子有限公司	12英寸集成电路制造	0.96
华虹半导体（无锡）有限公司	12英寸集成电路制造	1.0
南昌诺思微系统有限公司	8英寸集成电路制造	1.3
京东方科技集团股份有限公司	10.5代TFT-LCD面板制造	4.1
武汉华星光电技术有限公司	8.5代TFT-LCD面板制造	3.8
京东方科技集团股份有限公司	AMOLED面板制造	3.4
中电熊猫晶体科技有限公司	8.5代TFT-LCD面板制造	4.0
滁州惠科光电科技有限公司	8.6代TFT-LCD 面板制造	5.4

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